Java 集合, 也叫作容器,主要是由两大接口派生而来:一个是 Collection接口,主要用于存放单一元素;另一个是 Map 接口,主要用于存放键值对。对于Collection 接口,下面又有三个主要的子接口:List、Set 和 Queue。
ArrayList是List接口的实现类,其底层采用Object动态数组实现,不是线程安全的,ArrayList存储的元素是有序的,可重复的,ArrayList 支持插入(add)、删除(remove)、访问(get)等常见操作,并且提供了丰富的 API 操作方法。
RandomAccess 是一个标记接口,用来表明实现该接口的类支持随机访问(即可以通过索引快速访问元素)。由于 LinkedList 底层数据结构是链表,内存地址不连续,只能通过指针来定位,不支持随机快速访问,所以不能实现 RandomAccess 接口。
(需要注意虽然LinkedList不支持随机访问,但它也有get方法,可以通过get指定位置的下标来获取到对应的元素,但它是通过遍历双向链表,从头节点开始顺序遍历得到的)
ArrayList 中可以存储任何类型的对象,包括 null 值。不过,不建议向ArrayList 中添加 null 值, null 值无意义,会让代码难以维护比如忘记做判空处理就会导致空指针异常。
ArrayList 的初始化方式有三种:
/**
* 集合的初始化方式(三种)
*/
//方式1:创建无参构造函数
List list1 = new ArrayList();
//方式2:创建带初始化容量参数的构造函数(用户自己指定初始容量)
List list2 = new ArrayList<>(5);
//方式3:创建包含指定collection集合元素的集合
List<Integer> temp = new ArrayList<Integer>();
temp.add(1);
temp.add(2);
temp.add(3);
List list3 = new ArrayList(temp);
三种方式具体的源代码如下:
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
* 默认初始容量大小
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
*默认构造函数,使用初始容量10构造一个空列表
(无参数构造,实际上初始化赋值的是一个空数组。当真正对数组进行添加元素操作时,
才真正分配容量。即向数组中添加第一个元素时,数组容量扩为 10。)
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
/**
* 带初始容量参数的构造函数。(用户自己指定容量)
*/
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {//初始容量大于0
//创建initialCapacity大小的数组
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {//初始容量等于0
//创建空数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {//初始容量小于0,抛出异常
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
/**
*构造包含指定collection元素的列表,这些元素利用该集合的迭代器按顺序返回
*如果指定的集合为null,throws NullPointerException。
*/
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
注意:
以无参数构造方法创建 ArrayList 时,实际上初始化赋值的是一个空数组。当真正对数组进行添加元素操作时,才真正分配容量。即向数组中添加第一个元素时,数组容量扩为 10。
这里以无参构造函数的方式创建ArrayList为例。
1、先来看 add 方法
/**
* 将指定的元素追加到此列表的末尾。
*/
public boolean add(E e) {
//添加元素之前,先调用ensureCapacityInternal方法
//这里size +1 作用:主要是为了确保在数组添加完元素之后仍有足够的容量,
//起到一个更加保险的作用
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
//这里看到ArrayList添加元素的实质就相当于为数组赋值
elementData[size++] = e;
return true;
}
2、再来看看 ensureCapacityInternal() 方法
//得到最小扩容量
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
// 获取默认的容量和传入参数的较大值
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
当 要 add 进第 1 个元素时,minCapacity 为 1,在 Math.max()方法比较后,minCapacity 为 10。
3、ensureExplicitCapacity() 方法
//判断是否需要扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
//调用grow方法进行扩容,调用此方法代表已经开始扩容了
grow(minCapacity);
}
这里我们对上述进行概述分析下:
4、grow() 方法(***)
/**
* 要分配的最大数组大小
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
/**
* ArrayList扩容的核心方法。
*/
private void grow(int minCapacity) {
// oldCapacity为旧容量,newCapacity为新容量
int oldCapacity = elementData.length;
//将oldCapacity 右移一位,其效果相当于oldCapacity /2,
//我们知道位运算的速度远远快于整除运算,整句运算式的结果就是将新容量更新为旧容量的1.5倍,
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
//然后检查新容量是否大于最小需要容量,若还是小于最小需要容量,那么就把最小需要容量当作数组的新容量,
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// 如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,进入(执行) `hugeCapacity()` 方法来比较 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE,
//如果minCapacity大于最大容量,则新容量则为`Integer.MAX_VALUE`,否则,新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE 即为 `Integer.MAX_VALUE - 8`。
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
注意:int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1),所以 ArrayList 每次扩容之后容量都会变为原来的 1.5 倍左右(oldCapacity 为偶数就是 1.5 倍,否则是 1.5 倍左右)! 奇偶不同,比如:10+10/2 = 15, 33+33/2=49。如果是奇数的话会丢掉小数.
我们来详细探究一下grow方法:
5、hugeCapacity() 方法。
从上面 grow() 方法源码我们知道:如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,进入(执行) hugeCapacity() 方法来比较 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE,如果 minCapacity 大于最大容量,则新容量则为Integer.MAX_VALUE,否则,新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE 即为 Integer.MAX_VALUE - 8。
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
//对minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE进行比较
//若minCapacity大,将Integer.MAX_VALUE作为新数组的大小
//若MAX_ARRAY_SIZE大,将MAX_ARRAY_SIZE作为新数组的大小
//MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
阅读源码的话,我们就会发现 ArrayList 中大量调用了这两个方法。比如:我们上面讲的扩容操作以及add(int index, E element)、toArray() 等方法中都用到了该方法!
1、System.arraycopy() 方法
// 我们发现 arraycopy 是一个 native 方法,接下来我们解释一下各个参数的具体意义
/**
* 复制数组
* @param src 源数组
* @param srcPos 源数组中的起始位置
* @param dest 目标数组
* @param destPos 目标数组中的起始位置
* @param length 要复制的数组元素的数量
*/
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos,
Object dest, int destPos,
int length);
在ArrayList使用场景:在ArrayList中的指定位置添加元素add(int index, E element)
/**
* 在此列表中的指定位置插入指定的元素。
*先调用 rangeCheckForAdd 对index进行界限检查;然后调用 ensureCapacityInternal 方法保证capacity足够大;
*再将从index开始之后的所有成员后移一个位置;将element插入index位置;最后size加1。
*/
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
//arraycopy()方法实现数组自己复制自己
//elementData:源数组;index:源数组中的起始位置;elementData:目标数组;index + 1:目标数组中的起始位置; size - index:要复制的数组元素的数量;
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
我们来写一个简单示例:
public static void main(String[] args) {
int[] a = new int[10];
a[0] = 10;
a[1] = 20;
a[2] = 30;
a[3] = 40;
System.arraycopy(a, 2, a, 4, 3);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(a[i]);
}
}
传入一个数组指针,和新数组长度
public static int[] copyOf(int[] original, int newLength) {
// 申请一个新的数组
int[] copy = new int[newLength];
// 调用System.arraycopy,将源数组中的数据进行拷贝,并返回新的数组
System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
Math.min(original.length, newLength));
return copy;
}
在ArrayList中的使用场景:
/**
以正确的顺序返回一个包含此列表中所有元素的数组(从第一个到最后一个元素); 返回的数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。
*/
public Object[] toArray() {
//elementData:要复制的数组;size:要复制的长度
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
个人觉得使用 Arrays.copyOf()方法主要是为了给原有数组扩容,我么来个例子:
public static void main(String[] args) {
int[] a = new int[10];
a[0] = 10;
a[1] = 20;
a[2] = 30;
a[3] = 40;
System.arraycopy(a, 2, a, 4, 3);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(a[i]);
}
int[] b = Arrays.copyOf(a, 15);
System.out.println("b.length = " + b.length);
}
输出结果:
两者联系:
看两者源代码可以发现 Arrays.copyOf()内部实际调用了 System.arraycopy() 方法
两者区别:
System.arraycopy() 需要目标数组,将原数组拷贝到你自己定义的数组里或者原数组,而且可以选择拷贝的起点和长度以及放入新数组中的位置 Arrays.copyOf() 是系统自动在内部新建一个数组,并返回该数组。